輕型貨車變速器設(shè)計【東風(fēng)EQ1092】【三軸五擋式變速器】

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課題研究的目的和意義研究的目的：現(xiàn)在汽車上廣泛使用的活塞式發(fā)動機(jī)，其輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速變化范圍很小，而汽車行駛時遇到的復(fù)雜的道路條件和使用條件要求汽車的驅(qū)動力和車速能在很大范圍內(nèi)變化，這就需要使用變速器用來改變發(fā)動機(jī)傳遞到驅(qū)動輪上的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，使汽車在各種行駛工況下獲得不同的牽引力和速度。通過研究汽車在地起步、爬坡、轉(zhuǎn)彎、加速等行駛工況中變速器的擋位變化，進(jìn)行變速器的各個部分設(shè)計，使發(fā)動機(jī)在最有利的工況范圍內(nèi)工作。本設(shè)計方案是選擇已有車型的技術(shù)參數(shù)，進(jìn)行車輛變速器的設(shè)計。通過查閱文獻(xiàn)和資料，還原變速器的設(shè)計思路和附屬部件選擇方法，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行整體方案的優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)計出來的變速器能滿足車輛高動力性和高經(jīng)濟(jì)性的要求，在技術(shù)加工上具有可行性，滿足大批量生產(chǎn)的特點。選題的意義：“十一五”期間，汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，年產(chǎn)量由571萬輛上升到1826萬輛，私人汽車保有量由2365萬輛上升到6539萬輛，中國已成為世界最大的汽車生產(chǎn)和消費國之一。汽車作為一個在方方面面影響居民生產(chǎn)、生活的用品，它的動力性、經(jīng)濟(jì)性、通過性、操縱方式等任何一項突破都會對整個行業(yè)產(chǎn)生巨大的影響。作為車輛工程專業(yè)的本科學(xué)生，選擇變速器進(jìn)行設(shè)計，在設(shè)計過程中會復(fù)習(xí)所學(xué)的專業(yè)課程、了解大量的專業(yè)知識，設(shè)計方案具有足夠的復(fù)雜程度和生產(chǎn)的可行性。二、文獻(xiàn)綜述（課題研究現(xiàn)狀及分析）：目前，輕、中型貨車變速器的傳動比通常有3-5個前進(jìn)擋和一個倒擋,采用有級式變速器。在重型貨車用的組合式變速器中，為了提高動力性、經(jīng)濟(jì)性有更多擋位。車用變速器具有這樣幾個功用： 改變傳動比，擴(kuò)大驅(qū)動輪轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的變化范圍，以適應(yīng)經(jīng)常變化的行駛條件，同時使發(fā)動機(jī)在有利(功率較高而油耗較低)的工況下工作； 在發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變情況下，使汽車能倒退行駛； 利用空擋，中斷動力傳遞，使發(fā)動機(jī)能夠起動、怠速，并便于變速器換擋或進(jìn)行動力輸出。變速器是由變速傳動機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成，需要時，還可以加裝動力輸出器。在分類上有兩種方式：按傳動比變化方式和按操縱方式的不同來分。按傳動比變化方式分：有級式變速器是目前使用最廣的一種。它采用齒輪傳動，具有若干個定值傳動比。按所用輪系形式不同，有軸線固定式變速器(普通變速器)和軸線旋轉(zhuǎn)式變速器(行星齒輪變速器)兩種。無級式變速器其的傳動比在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可按無限多級變化，常見的有電力式和液力式(動液式)兩種。電力式無級變速器的變速傳動部件為直流串激電動機(jī)，除在無軌電車上應(yīng)用外，在超重型自卸車傳動系中也有廣泛采用的趨勢。動液式無級變速器的傳動部件為液力變矩器。綜合式變速器是指由液力變矩器和齒輪式有級變速器組成的液力機(jī)械式變速器，其傳動比可在最大值與最小值之間的幾個間斷的范圍內(nèi)作無級變化，目前應(yīng)用較多。按操縱方式來分：強制操縱式變速器是靠駕駛員直接操縱變速桿換擋。自動操縱式變速器其傳動比選擇和換擋是自動進(jìn)行的，所謂“自動”，是指機(jī)械變速器每個擋位的變換是借助反映發(fā)動機(jī)負(fù)荷和車速的信號系統(tǒng)來控制換擋系統(tǒng)的執(zhí)行元件而實現(xiàn)的。駕駛員只需操縱加速踏板以控制車速。半自動操縱式變速器有兩種型式：一種是常用的幾個擋位自動操縱，其余擋位則由駕駛員操縱；另一種是預(yù)選式，即駕駛員預(yù)先用按鈕選定擋位，在踩下離合器踏板或松開加速踏板時，接通一個電磁裝置或液壓裝置來進(jìn)行換擋。按使用方法分類： 手動變速器（MT），也稱手動擋，即用手撥動變速桿才能改變變速器內(nèi)的齒輪嚙合位置，改變傳動比，從而達(dá)到變速的目的。踩下離合時，方可撥得動變速桿。如果駕駛者技術(shù)好，裝手動變速器的汽車在加速、超車時比自動變速車快，也省油。自動變速器（AT），利用行星齒輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行變速，它能根據(jù)油門踏板程度和車速變化，自動地進(jìn)行變速。而駕駛者只需操縱加速踏板控制車速即可。一般來講，汽車上常用的自動變速器有以下幾種類型：液力自動變速器、液壓傳動自動變速器、 電力傳動自動變速器、有級式機(jī)械自動變速器和無級式機(jī)械自動變速器等。其中，最常見的是液力自動變速器。液力自動變速器主要是由液壓控制的齒輪變速系統(tǒng)構(gòu)成，主要包含自動離合器和自動變速器兩大部分。它能夠根據(jù)油門的開度和車速的變化，自動地進(jìn)行換擋。無級變速器（CVT），無級變速器是由兩組變速輪盤和一條傳動帶組成的。因此，其比傳統(tǒng)自動變速器結(jié)構(gòu)簡單，體積更小。另外，它可以自由改變傳動比，從而實現(xiàn)全程無級變速，使汽車的車速變化平穩(wěn)，沒有傳統(tǒng)變速器換擋時那種“頓”的感覺。無級變速器屬于自動變速器的一種，但它能克服普通自動變速器“突然換擋”、油門反應(yīng)慢、油耗高等缺點。現(xiàn)在汽車變速器的發(fā)展趨勢是向著可調(diào)自動變速箱或無級變速器方向發(fā)展。采用無級變速器可以節(jié)約燃料，使汽車單位油耗的行駛里程提高30%。通過選擇最佳傳動比，獲得最有利的功率輸出，它的傳動比比傳統(tǒng)的變速器輕，結(jié)構(gòu)更簡單而緊湊。 現(xiàn)在市場上流行的變速器種類：雙離合變速器(Dual Clutch Transmission)，DCT基于手動變速器而又不是自動變速器，除了擁有手動變速器的靈活性及自動變速器的舒適性外，還能提供無間斷的動力輸出。DCT的核心技術(shù)僅掌握在美國博格華納(BorgWarner)和德國舍弗勒(Schaeffler)集團(tuán)手中。博格華納是大眾第一代六速DSG（大眾的DCT）關(guān)鍵技術(shù)的提供者，為大眾DSG提供濕式雙離合。 DCT內(nèi)含兩臺自動控制的離合器，由電子控制及液壓推動，能同時控制兩臺離合器的運作。當(dāng)變速器運作時，一組齒輪被嚙合，而接近換擋時，下一組擋段的齒輪已被預(yù)選，但離合器仍處于分離狀態(tài)；當(dāng)換擋時，一臺離合器將使用中的齒輪分離，同時另一臺離合器嚙合已被預(yù)選，在整個換擋期間能確保最少有一組齒輪在輸出動力，從而不會出現(xiàn)動力中斷的狀況。基于DCT技術(shù)的各公司不同變速器 大眾 DSG (Direct Shift Gearbox) 奧迪 S Tronic 寶馬 M DKG (Doppel Kuppling Getriebe, M Double Clutch gearbox) 福特、沃爾沃 Powershift 保時捷 PDK (Porsche Doppelkupplungsgetribe) 三菱 Twin Clutch SST電控機(jī)械式自動變速器（Automated Mechanical Transmission）AMT是在原有齒輪式機(jī)械變速器的基礎(chǔ)上加裝電腦控制系統(tǒng)，對油門、離合器、變速桿的控制均采用了電動機(jī)驅(qū)動或液壓驅(qū)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實現(xiàn)選擋、換擋的自動化控制，使汽車成為自動變速的汽車。它保持了原有的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)基本不變，所以齒轉(zhuǎn)傳動固有的傳動效率高、機(jī)構(gòu)緊湊、工作可靠等優(yōu)點被很好的繼承下來。在1967年，轉(zhuǎn)子發(fā)動機(jī)的創(chuàng)始者德國NSU就在Ro80轎車上采用了三前速半自動變速箱，這種純機(jī)械控制的半自動變速箱正是AMT變速箱的雛形。AMT控制系統(tǒng)由四部分組成：a被控對象包括發(fā)動機(jī)、離合器和變速器；b履行機(jī)構(gòu)包含步進(jìn)電機(jī)、電磁閥(普通電磁閥和高速電磁閥)及液壓缸(離合器動作缸和選、換擋油缸)等；c傳感器包含速度傳感器(動員機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器、輸進(jìn)軸轉(zhuǎn)速傳感器、車速傳感器)、油門開度傳感器和擋位傳感器等；d電控單元(ECU)包括CPU、ROM和IO接口等。三種電控機(jī)械式自動變速器：電控液動AMT 電控電動AMT 電控氣動AMT無級變速器(Continuous Variable Transmission)CVT的變速比不是間斷的點，而是一系列連續(xù)的值，譬如可以從3.455一直變化到0.85。CVT結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)變速器簡單，體積更小，它既沒有手動變速器的眾多齒輪副，也沒有自動變速器復(fù)雜的行星齒輪組，它主要靠主、從動輪和金屬帶來實現(xiàn)速比的無級變化。CVT技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有了一百多年的歷史。德國奔馳公司是在汽車上采用CVT技術(shù)的鼻祖，早在1886年就將V型橡膠帶式CVT安裝在該公司生產(chǎn)的汽油機(jī)汽車上。CVT主要包括主動輪組、從動輪組、金屬帶和液壓泵等基本部件。金屬帶由兩束金屬環(huán)和幾百個金屬片構(gòu)成。主動輪組和從動輪組都由可動盤和固定盤組成，與油缸靠近的一側(cè)帶輪可以在軸上滑動，另一側(cè)則固定?？蓜颖P與固定盤都是錐面結(jié)構(gòu)，它們的錐面形成V型槽來與V型金屬傳動帶嚙合。發(fā)動機(jī)輸出軸輸出的動力首先傳遞到CVT的主動輪，然后通過V型傳動帶傳遞到從動輪，最后經(jīng)減速器、差速器傳遞給車輪來驅(qū)動汽車。工作時通過主動輪與從動輪的可動盤作軸向移動來改變主動輪、從動輪錐面與V型傳動帶嚙合的工作半徑，從而改變傳動比。可動盤的軸向移動量是由駕駛者根據(jù)需要通過控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)主動輪、從動輪液壓泵油缸壓力來實現(xiàn)的。由于主動輪和從動輪的工作半徑可以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)了無級變速。奧迪、日產(chǎn) 、三菱、奧迪、 日產(chǎn)天籟、本田飛度、菲亞特、福特等世界名牌車系都有配備CVT變速器的轎車銷售。錐環(huán)式無級變速器（Cone-Ring Transmission）KRG錐環(huán)式無級變速器是一種無級變速的靠摩擦傳動的變速器，從運作原理上將屬于CVT變速器的分支，KRG的設(shè)計理念是避免采用任何方式的液壓泵，僅用簡單和耐用的部件實現(xiàn)純機(jī)械控制。與傳統(tǒng)CVT無級變速器相比，KRG的這種設(shè)計理念使它在制造成本和效率方面擁有巨大的優(yōu)勢。KRG并不是一項很新奇的發(fā)明，早在文藝復(fù)興時期，意大利著名畫家達(dá)芬奇就已經(jīng)繪制了CVT變速器的雛形，也是KRG的鼻祖。1902年工程師泰勒第一次做出了錐環(huán)式的變速器結(jié)構(gòu)，也是KRG的原型。變速系統(tǒng)是由一個輸入滾錐，一個輸出滾錐和一個傳動環(huán)構(gòu)成的。傳動錐環(huán)環(huán)繞在輸出錐或者輸入錐上。通過改變滾錐的半徑和角度就能很容易調(diào)整起步速比，超速速比及速比范圍以匹配不同整車的性能與空間要求，因此匹配靈活性極高，二次開發(fā)成本較低。KRG系統(tǒng)一些主要元件如包括滾錐和傳動環(huán)，脹緊機(jī)構(gòu)和速比調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是純機(jī)械控制的。KRG錐環(huán)和滾錐之間的夾緊力是通過輸出滾錐的軸向移動來實現(xiàn)的。由滾珠和斜槽組成的機(jī)械式扭矩傳感器能將輸出扭矩轉(zhuǎn)換成軸向壓力。通過定位在輸出軸扭矩傳遞路徑上的位置，此機(jī)械系統(tǒng)可“感受”到各種扭矩變化，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的軸向力，從而在機(jī)械效率和傳遞扭矩之間實現(xiàn)自動機(jī)械式調(diào)節(jié)。這種簡單的機(jī)械式結(jié)構(gòu)聰明之處在于沒有使用常用的昂貴電子傳感器和電控/液壓系統(tǒng)，節(jié)省成本的同時工作可靠性有保障。缺點也是明顯的，那就是當(dāng)系統(tǒng)扭矩需求變大時，整個KRG變速器的機(jī)械效率就會明顯降低。三、設(shè)計（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問題基本內(nèi)容：設(shè)計的基本內(nèi)容包括：汽車動力參數(shù)的選定（傳動效率、滾動阻力系數(shù)、空氣阻力系數(shù)），變速器的傳動方案（軸數(shù)、各擋的布置），變速器主要零件結(jié)構(gòu)方案（齒輪形式、換擋結(jié)構(gòu)形式、變速器軸承），變速器的主要參數(shù)的選擇（擋數(shù)、傳動比范圍、中心距、外形尺寸、軸的直徑、齒輪參數(shù)、各擋齒數(shù)的分配），齒輪、軸的強度的計算和校核，同步器的選擇，變速器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計，變速器殼體的設(shè)計，結(jié)論。設(shè)計說明書1.5萬字，裝配圖和各零件圖，折合0號圖紙3張以上。擬解決的主要問題：變速器的各個部分進(jìn)行分步設(shè)計：傳動機(jī)構(gòu)布置方案要求布置方便、結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小，軸有足夠的剛度，齒輪磨損小和工作噪聲低。論文引用的數(shù)據(jù)和原理通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)來確定。為了確保設(shè)計的可靠性，需要參照已有車型的動力性、經(jīng)濟(jì)性、通過性等進(jìn)行主要參數(shù)選定。通過計算，選擇和校核主要零件的尺寸和強度，使其滿足車輛在不同工況下行駛的要求。在設(shè)計的過程中，要保證設(shè)計的結(jié)構(gòu)能正常的使用，符合國家標(biāo)準(zhǔn)，具有生產(chǎn)和加工的可行性。四、技術(shù)路線（研究方法）選定參考車型，確定基本參數(shù)變速器傳動機(jī)構(gòu)布置方案變速器的主要參數(shù)變速器的校核零件結(jié)構(gòu)方案同步器的選擇變速器操作機(jī)構(gòu)組合裝配零件圖、裝配圖的二維CAD繪制成立不成立四、進(jìn)度安排（1）調(diào)研、資料收集、完成開題報告 第1、2周（2月28日3月6日）(2) 根據(jù)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)部件的參數(shù)計算，并進(jìn)行驗證 第 3、4周（3月7日3月20日）(3) 在CAD軟件平臺上建立裝配圖繪制 第5、6、7周（3月214月10日）（4）對零件圖形進(jìn)行繪制 第8、9、10、11周（4月115月8日）（5）設(shè)計1.5萬字說明書一份，零件圖一套 第12、13、14周（5月9日5月29日）（6）畢業(yè)設(shè)計審核、修改 第15、16周（5月30日6月12日）（7）畢業(yè)設(shè)計答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周（6月13日6月 19日）五、參考文獻(xiàn)1 臧杰 閻嚴(yán).汽車構(gòu)造.下冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.82 龔溎義.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計圖冊. 北京：高等教育出版社，1989.53 馬蘭.機(jī)械制圖.機(jī)械工業(yè)出版社2006.54 余志生.汽車?yán)碚?第5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20005 王望予.汽車設(shè)計.第4版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.86 于惠力.傳動零部件設(shè)計實例精解.北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2009.37 張展.齒輪設(shè)計與實用數(shù)據(jù)速查.北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2009.58 甘永立.幾何量工差與檢測.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 20039 唐大放.馮小寧. 揚現(xiàn)卿.機(jī)械設(shè)計工程學(xué).江蘇：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，200110馬超圣. 對汽車機(jī)械變速器齒輪設(shè)計中幾個問題的探討J.設(shè)計與計算.1996(5):10-2811付靈玲. 機(jī)械式汽車變速器的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化D.廣西大學(xué).2009.412蔣春明. 汽車機(jī)械式變速器變速傳動機(jī)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計D.南京航天航空大學(xué).2007.0113潘玉清. 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